在线监测与远程诊断技术在海洋石油平台的应用

庞树民

(中海石油技术检测有限公司，天津 300452)

动设备的管理是中海油油气生产过程中的重要管理工作之一。“十一五”期间中海油油气产量已实现5 0 0 0万m3，动设备的安全稳定高效运行发挥了重要作用，特别是一些关键核心动设备对油田生产安全环保起着重要的作用。因此做好关键动设备的管理，成为设备管理者面临的重大课题。

一、确定关键动设备监测点的位置和参数

系统的监测以振动监测为主，采集的数据包括振幅、频谱、时域波形、包络谱、相位、过程参数等。智能诊断的故障包括不平衡、不对中、松动、共振、轴承故障、联轴节故障、齿轮磨损、叶片故障、转子故障、电机故障等。测量点布置如图1所示。

离线状态监测技术在海洋石油平台应用已近1 1年，主要用于对关键设备实施预防性维修。但是离线监测技术需要每月一次派遣很多有特殊经验和技能的人员远赴海上平台进行检测，不仅不方便、不及时、不经济，还不能对设备实施实时监控、随机诊断。因此，必须开发应用在线监测技术。

二、在线状态监测系统结构

2 0 1 1年9月，中海油已建成首个动设备远程监测与智能诊断中心，将动设备管理从职能化模式转为流程化模式，实现了动设备的安全、可靠、及时性管理。经过专业技术人员对海洋石油平台关键设备结构性能及安装位置、底座刚度连接等分析研究，确定了参数数据及选择了数据采集器，建立了与之相匹配的数据库和服务器，开发了系统数据分析处理软件和输出频谱图形。

在线监测系统的框架结构基本类似，利用现有的中海油企业自身局域网实现内部信息传输共享，状态监测故障诊断中心的人员与油田各平台设备管理人员都能利用客户端登陆在线监测系统，可以浏览当前设备的运行状态。系统还具有故障显示或报警功能。

1.在线监测网络系统结构

在线系统监测的方法：在设备轴承位置安装加速度传感器，通过网线与现场服务器和动设备远程检测与智能诊断中心的服务器相连接，实施数据传输和存储备份，数据转换成视频频谱图形。现场管理人员可以直接登陆到现场服务器，观察设备各检测点的振动总值和振动趋势，并根据设备状态采取相应的措施，避免设备出现严重故障；状态监测工程师负责对设备进行远程故障诊断，其他被授权用户也可以登陆到状态监测服务器，通过I E浏览所有作业区的设备运行数据。

信息网络化为实时状态监测诊断系统将振动、温度、冲击监测和诊断集合为一体化的信息网络化系统。此系统采用了多种先进技术，可以针对不同用户、不同设备、不同网络特点，形成了一套基于I n t e r n e t的设备实时在线监测诊断系统。系统中将监测、诊断、报警、预防维修集合于一体，为用户快速、准确诊断设备故障提供了有效的手段。

中海油检测中心局域网示意图如图2所示。

2.在线系统常规图谱

机组状态总貌图如图3所示，趋势图如图4所示。

在线监测诊断系统可以与其他控制系统对接，即将其他系统的数据引入到该系统或者将该系统的数据引入到其他系统，尤其是可以将控制系统中的工艺量参数引入到监测系统，实现对机组的综合分析诊断。

目前状态监测故障诊断中心使用的在线监测系统有上海容知R H 2 0 0 0在线系统与北京化工大学B H 5 0 0 0系统。

3.系统功能及技术特点

(1)自动数据采集。

(2)智能实时预警。

(3)信号分析处理。信号分析处理系统可对各个机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快速准确地进行各种信号分析和数据处理，以各种图谱表达出来，并将其数据信号特征传递给故障诊断专家系统，为准确识别故障提供了数据支持。

(4)故障智能诊断。通过对动设备状态特征参数变化的识别、分析设备发生振动和机械损伤的原因、判断振源、提出维修建议。故障智能诊断专家系统依托动设备离线监测数据积累和各种类型的故障案例，整合了丰富的故障诊断知识和经验，保证了较高的故障诊断准确率。

(5)三层网络架构。两层与三层网络体系结构示意图见图5。传统的网络架构在访问量和数据传输量方面存在很大的瓶颈，本系统采用三层结构应用体系(如图5 b所示)。在三层体系结构中，应用服务层接受客户端的业务请求，根据请求访问数据库，做相关处理，将处理结果返回客户机。应用服务层从物理上和逻辑上都可以独立出来，客户端不直接访问数据库服务器(层)，而是访问应用服务层。

与两层体系结构相比，三层体系结构具有许多优点：①体系结构优化，方便了软件维护及系统管理，增强了系统的扩展能力；②提高了系统安全性以及业务级的权限管理，客户端和数据库隔离，有利于安全管理；在体系结构中将业务逻辑划分权限，一种业务对应一个中间件模块(应用服务)，利用中间件的安全管理对其进行访问控制，使权限控制与管理更加灵活、方便和实效；③减少网络流量和提高响应速度，应用服务层的引入有效地解决了网络瓶颈和数据库连接数过多而引起数据库性能下降的问题。

四、远程监测故障诊断实例

案例1：2 0 1 1年4月，辽东某平台外输泵在运行中泵非驱动端测点振动幅值突然呈上升趋势，频谱中出现明显的地脚能量及轴承故障峰值，时域波形中出现明显的冲击现象(见图6)。

经分析判断认为泵非驱动端轴承出现故障，建议准备好轴承备件，进行更换。平台随后更换了故障轴承，发现轴承保持架磨损严重，接近报废。

案例2：2 0 1 1年6月，绥中3 6-1某注水泵在运行过程中泵非驱动端测点振动幅值突然呈上升趋势，频谱中出现明显的地脚能量及轴承故障峰值，建议停机检修。平台停机对该泵进行检修，发现轴承严重损坏。

五、结语

信息网络化的远程故障诊断能有效评价设备的实际动态性能和最佳的运动参数，有效评价设备的维修质量及性能，保障设备安全运行，形成了设备管理新的模式，提高了设备管理水平。

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